POMPA KAWITACYJNA cz. 2

STRONA 2/2

MAŁA POMPA KAWITACYJNA PK01

Na początek chciałem zaznaczyć, że pompa kawitacyjna to jedynie urządzenie zamieniające energię mechaniczną w ciepło, więc jeśli chcemy ogrzewać np. wodę do mycia to lepiej zastosować kolektor słoneczny, gdzie mamy naprawdę darmową energię cieplną (nie licząc ceny samego urządzenia). 
Pompa kawitacyjna ma tą wadę, że do jej napędu jest potrzebna duża prędkość obrotowa - a to znaczy, że jeśli uszczelnienia nie będą poprawnie zrobione, będą się szybko zużywać i tracić szczelność. Jednak w profesjonalnym wykonaniu (produkowane modele) jest to urządzenie dość trwałe. Podłączając poprzez przekładnię taką pompę do wiatraka (wiatrociepłownia) czy turbiny wodnej uzyskujemy darmową energię cieplną bez konieczności montowania prądnicy - niestety wadą w tym przypadku są wysokie obroty wymagane do napędu PK, a to znaczy wysoki koszt przekładni. Poza tym pompa taka ma wiele innych zastosowań. Jednak poniższy prototyp miał na celu jedynie sprawdzenie efektywności tego urządzenia i nie jest przewidziany do użytkowania w jakiś praktyczny sposób.

Zrobiona przeze mnie PK (rysunek powyżej), jest moim własnym projektem opartym o różne materiały jakie czytałem i nie jestem też specjalistą w tej dziedzinie, po prostu bazuje na informacjach z Internetu. Z tego względu proszę o potraktowanie poniższej konstrukcji jedynie jako takiego prototypu zbudowanego amatorsko.

Zamieszczone poniżej rysunki były wykonane na własny użytek, ale myślę że są wystarczająco jasne. Rysując plany tej pompy wzorowałem się na rys. 4 pompy (poprzednia strona) zmniejszając ją nieco (szerokość) do wymiarów, elementów jakie były by możliwe do wykonania u tokarzo-frezarza w mojej okolicy. Do napędu przewidywałem na początku, że będzie konieczny silnik ok. 2 kW, ale okazał się za słaby (szerzej o tym dalej).

Uwagi do rysunków

Marzec 2003
Obecnie mam zbudowany już prototyp tej pompy, jednak napęd pasowy zupełnie nie zdał egzaminu - im większe obroty tym mocniej rosną opory ruchu wirnika, tak że nie udało mi się osiągnąć wymaganych obrotów (3450 obr/min), ponieważ pasek zaczyna się ślizgać (aż leci dym). Próbowałem też z przekładnią łańcuchową, ale też nie nadaje się - przy takich obrotach łańcuch wpada w silne drgania i spada. Nie mam odpowiedniego silnika by napędzać pompę bezpośrednio, ani na razie pieniędzy by wykonać odpowiednią przekładnię (np. na kilka pasków), więc na razie muszę wstrzymać się z eksperymentami. Jednak otrzymałem parę e-maili, że kilka osób buduje też tego typu urządzenia, a z przeprowadzonych prób wynika, że pompa działa (podgrzewa wodę). Na razie zamieszczam fotografie pompy przed zmontowaniem (na końcu strony). Pompa trzyma szczelność, brak przecieków, nie potrzeba dodatkowej pompy podającej wodę - siła odśrodkowa powoduje samoczynny przepływ wody. Wirnik został wykonany z aluminium, pozostałe elementy stalowe.

Czerwiec 2003
Dodaję kilka fotografii. Silnika elektrycznego na 3450 obr/min do bezpośredniego napędu nie zdobędę - w USA częstotliwość prądu jest 60Hz i dlatego silniki szybciej tam się obracają - u nas przy 50Hz silniki (bezkomutatorowe, asynchroniczne) kręcą się maksymalnie z prędkością 3000 obr/min. Z braku pieniędzy nie mam możliwości zbudowania innej przekładni do PK czy nabycia odpowiedniego silnika. Aby pompa była odpowiednia do warunków w Polsce (silników) powinna mieć większą średnicę, by można uzyskać odpowiednią prędkość obwodową wirnika.

Styczeń 2005
W międzyczasie pompą zainteresowali się panowie z Instytutu Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej badający m.in. zjawisko kawitacji. Wypożyczyłem im ją nieodpłatnie w zamian za wyniki badań. Okazało się przewidywany prze ze mnie silnik jest za słaby, zastosowali o mocy 4kW. Trochę to trwało - bo mają tam również zajęcia dydaktyczne. Pompę udało się rozkręcić do ok. 4000 obr/min (mogą tam sobie regulować częstotliwość prądu, a więc i obroty). Jednak uszczelnienia straciły swoją szczelność - PK zasysała powietrze i były przecieki. Jeśli będę miał jakieś szczegóły to zamieszczę na stronie. Pompa jest obecnie rozbierana i przerabiane są uszczelnienia, ponowne próby mają ruszyć wkrótce.

Październik 2005
Na razie uzyskałem takie informacje z Politechniki Poznańskiej: 
Maksymalne sprawności są rzędu 0,99+/-0,03 do 1,08+/-0,07, osiągane są przy prędkości obrotowej silnika ok. 2800 obr./min. Sprawność była wyznaczana jako stosunek mocy uzyskanej do mocy dostarczonej. Moc uzyskana, brana pod uwagę, to ilość ciepła w watach, jaką udało się wytworzyć przy danym natężeniu przepływu wody oraz danej prędkości obrotowej silnika. Moc dostarczona, to z kolei moc czynna prądu elektrycznego, wyrażona w watach, jaką zużyto do napędu silnika elektrycznego urządzenia przy danej prędkości obrotowej (danej częstotliwości prądu zasilającego silnik) i danym natężeniu przepływu wody.

Tak więc podany wyżej współczynnik sprawności bliski jedności (100%), to sprawność całego zespołu silnik - pompa kaw., biorąc pod uwagę, że silniki elektryczne mają sprawności poniżej jedności, np. 0,8-0,9, to znaczy, że pompa musiała nadrobić jego straty więc jej sprawność musi być powyżej 1 (100%) np. 1,1-1,2.  

Wynika z tego, że urządzenie to nie nadaje się raczej do ogrzewania np. domku jednorodzinnego - znacznie bardziej skomplikowana w porównaniu od grzałki elektrycznej, a sprawność przekracza 100% tyko nieznacznie, w wykonaniu amatorskim kłopoty z uszczelnieniami itp. Jednak pk znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, bo sprawność całego zespołu 100% to wynik bardzo dobry, a odznacza się kilkoma przydatnymi właściwościami (opis pompy). Ostatnio zaczyna się stosować pompy kawitacyjne (hydrosoniczne) w produkcji biodiesla http://www.advancedbiofuel.net.

I połowa roku 2006
Na obecnym etapie badający pompę w Politechnice Poznańskiej stanęli przed ciekawym problemem dotyczącym zachowania się wody po przejściu przez urządzenie. Okazało się, ze woda na wyjściu z "pompy hydrosonicznej" zmienia swoje właściwości. Badano wartość napięcia powierzchniowego, porównując to jakie woda ma przed urządzeniem z tym jakie ma po przejściu przez pracującą "pompę". Wartość napięcia powierzchniowego na wyjściu z urządzenia okazała się wyższa, niż być powinna z punktu widzenia temperatury wody. W tej chwili próbuje się opracować badania, które mogłyby dać odpowiedź na pytanie, jak to się dzieje, że napięcie powierzchniowe wody zmienia się inaczej niż wynikałoby to z samej tylko zmiany temperatury wody. Z wykonanych obliczeń wynika, że zjawiska występujące wewnątrz urządzenia w trakcie jego pracy, w jakiś sposób rekompensują straty energii związane z zamianą energii elektrycznej na ciepło. Badający obecnie nie wiedzą co jest przyczyna takiego stanu rzeczy, ale wydaje się im, że jakiś udział ma w tym zmiana własności wody jako ośrodka, w którym zjawisko kawitacji zachodzi. Ich zdaniem nie powinno się rozpatrywać pompy jako osobnego urządzenia, ponieważ jego integralną częścią musi być zespół napędowy. Sugerują, że lepiej mówić o sprawności całego agregatu (silnik i pompa), ponieważ nie wiadomo (poza silnikiem) jaki udział w stratach energii maja poszczególne elementy układu.

---

 http://darmowa-energia.eko.org.pl